Đánh giá độ ổn định bờ mỏ lộ thiên khi khai thác sâu mỏ sắt tThạch Khê Hà Tĩnh
Phần giải pháp ổn định bờ mỏ có hai mục đích chính là lựa chọn giải pháp ổn định bờ mỏ và lựa chọn thông số ổn định bờ mỏ, bao gồm diễn giải thuyết minh, các bảng biểu và hình vẽ minh hoạ.
Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi muốn đề cập đến công tác tính toán độ ổn định bờ mỏ, đặc biệt đối với vấn đề trượt theo mặt tiếp xúc thường dễ xảy ra gây mất ổn định cho khai thác mỏ. Việc kiểm toán được thực hiện bởi phần mềm tính ổn định bờ mỏ chuyên nghiệp cho các bờ mỏ đã thiết kế.
1. Cấu tạo địa chất khu mỏ
Khu mỏ có cấu tạo địa chất phức tạp về phương diện ổn định bờ mỏ với cấu trúc chính là 3 tầng nham thạch có độ bền khác nhau và sự dồi dào nước ngầm:
- Tầng Đệ tứ và Neogen có chiều dày từ 20 m đến hơn 200 m, đất đá yếu, chủ yếu là cát và sét pha trộn có nguồn gốc sông, biển.
- Tầng đá có độ cứng trung bình, lớp vỏ bị phong hoá, dày từ 50 m đến 130 m, là sườn tích tàn tích luồn sâu, trầm tích, sét pha các, mảnh vụn đá gốc và quặng sắt.
- Tầng dưới cùng là đá gốc cứng chắc, thường là đá granit, đá carbonat như đá vôi, đá sừng, đá cẩm thạch, có hiện tượng kactơ (karst).
Nhìn chung nham thạch có thành phần, độ bền cũng như chiều dày không đều. Các lớp đá trẻ và yếu phân bố nhiều hơn ở phía Bắc và Đông. Đá gốc nhiều chỗ bị chia cắt bởi phá huỷ kiến tạo. Đất đá có độ ngậm nước cao, lại nằm gần bờ biển. Những điều này tạo nên sự bất lợi cho ổn định chung của bờ.
Giải pháp ổn định bờ mỏ theo báo cáo NCTKT
 Từ những kết quả thí nghiệm địa kĩ thuật trong quá trình thăm dò và khảo sát, Báo cáo NCTKT đưa ra những lựa chọn thông số địa cơ trong tính toán ổn định bờ mỏ, trong đó việc chọn hệ số an toàn là 1,5 cho bờ dừng và 2,0 cho bờ động. Trên cơ sở đó Báo cáo đưa ra các giải pháp ngăn ngừa biến dạng bờ mỏ như khoan và bơm tháo khô nước ngầm, tính toán độ dốc bờ mỏ và kích thước bờ tầng hợp lí, gia cố bờ tầng và theo dõi quan trắc dịch động. Báo cáo đã trình bày kết quả tính toán độ ổn định bờ mỏ và bờ tầng theo các khu vực đặc trưng tại 6 mặt cắt, bao quát toàn bộ bờ mỏ từ các hướng Đông, Tây, Nam, Bắc; các mức từ thấp đến cao, các tầng dốc và thoải khác nhau, kể cả khu vực có bãi thải phía trên.
 Bờ mỏ được thiết kế có cấu trúc bờ lồi, phía dưới cắt qua các tầng đá cứng, có độ dốc 30 – 42 0, phía trên cắt qua các tầng đất đá yếu với độ dốc thoải 18 – 20 0. Độ ổn định cao hơn đạt được ở bờ Tây và Nam, trong khi đó bờ Bắc và Đông cùng với vị trí tầng dưới bờ Tây có hệ số ổn định tính được thấp hơn. Báo cáo NCTKY kết luận bờ mỏ thiết kế để khai thác đến mức kết thúc -370 m với các giải pháp trên sẽ đảm bảo ổn định. Đánh giá kiểm toán độ ổn định bờ mỏ của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ  Để đánh giá và kiểm toán độ ổn định bờ mỏ Thạch Khê, chúng tôi sử dụng phần mềm tính ổn định bờ mỏ Galenacủa Công ty Clover Technology, Australia. Phần mềm này có những ưu điểm sau:
- Là phần mềm chuyên dụng tính ổn định bờ mỏ lộ thiên và mái dốc địa kỹ thuật, chạy trong môi trường hệ điều hành MS Windows, có giao diện với các loại file có định dạng khác nhau như dxf, wmf, ems, xls, doc. 
- Có khả năng lập mô hình cung trượt lăng trụ tròn và hình dạng bất kì, mô hình các lớp đất đá khác nhau, các mặt trượt đứt gẫy địa chất, mô hình áp lực nước ngầm, mức nước ngầm thuỷ tĩnh và thủy động, tải trọng tĩnh và tải trọng động và ảnh hưởng động đất… - Có khả năng thực hiện “back analysis” (tính ngược) cho các khối trượt tự nhiên cũng như dự kiến để xác định các tính chất cơ lí đá. - Có khả năng tìm kiếm mặt trượt yếu nhất (critical surface) và sử dụng các hệ thống đơn vị đo đếm khác nhau, kể cả hệ quốc tế (SI)... 
Việc tính toán đã được thực hiện cho các mặt cắt đại diện đã nêu trên. Điều khác biệt so với báo cáo tiền khả thi là không những tính cho các mặt trượt cung trụ tròn như thường lệ mà còn tính cho cả mặt trượt có hình dạng bất kỳ theo mặt tiếp xúc các lớp đá. 
Tương tự như vậy, tại hình 4, 5 mặt cắt bờ Đông, toàn bờ mỏ ổn định với hệ số n = 1, 2, nhưng khu vực trong lớp đá yếu phía trên thì không ổn định với n = 0, 76. Các tính toán kiểm tra các mặt cắt khác tại bờ Tây và bờ Nam cho thấy các thông số địa kỹ thuật và nước ngầm (đã tháo khô) được lựa chọn thì bờ mỏ đảm bảo ổn định theo mặt trượt cung trụ tròn. Kết luận Kết quả kiểm toán ổn định bờ mỏ cho thấy cần quan tâm một số điểm sau: - Những khu vực bờ mỏ có cấu tạo đá cứng chắc như dưới mức -70 m, cùng toàn bộ chiều cao bờ Nam và bờ Tây có độ ổn định thiết kế đảm bảo an toàn. - Nhưng đối với các tầng đá kém bền vững, tơi xốp, hoặc có lớp tiếp xúc theo hướng bất lợi thì độ ổn định chưa đảm bảo. - Với các tầng địa chất phía trên, có góc ma sát trong của đá sét pha cát sông biển là 7 0– 9 0, nhưng góc dốc tại đây lại là 18 0– 20 0. Điều đó đòi hỏi phải có những biện pháp gia cố để đảm bảo ổn định. - Trong quá trình thăm dò chưa có điều kiện để thu thập đầy đủ tính chất cơ lí đá, đặc biệt giá trị độ bền theo mặt tiếp xúc các lớp đá khác nhau như giữa lớp yếu với lớp bền vững, giữa các lớp đá cứng với nhau (đá vôi – đá granit – đá cẩm thạch…). Chính vì vậy kết quả tính ổn định bờ mỏ cho các mặt trượt hình dạng bất kỳ theo mặt tiếp xúc chưa được đề cập đầy đủ, mới mang tính định hướng. - Trong các giải pháp ổn định bờ mỏ cần có thêm việc cập nhật các số liệu về cấu trúc địa chất và thí nghiệm cơ lí đá, đặc biệt độ bền theo mặt tiếp xúc lớp đá, đồng thòi tăng cường các biện pháp gia cố các tầng bờ yếu phía trên và quan trắc theo dõi động thái nước ngầm để điều chỉnh tính toán. - Quá trình tính toán cho thấy phần mềm Galena đáp ứng tốt nhu cầu tính ổn định bờ mỏ lộ thiên và mái dốc có cấu trúc địa chất phức tạp, bất đồng nhất, kết quả đưa ra nhanh chóng, chính xác, cải thiện đáng kể so với các cách tính thủ công. Tài liệu tham khảo
|
